微风辅热花生干燥装置设计及性能测试研究

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花生是我国改善膳食结构和推动经济发展的重要油料作物和经济作物。收获后的湿花生荚果若干燥处理不及时,极易霉变发热并产生毒素。我国农村地区花生产业长期以来受到种植规模小、批量处理少、采用传统田间晾晒、设备研发少等影响。在新型农业种植结构和方式发生巨大变化的情况下,适合广大农村地区、投入少、造价低、行之有效的花生干燥方式和干燥技术支撑问题亟待解决。在我国农村地区花生产后干燥设备缺乏、设备资金不足、烘干能源有限等现实情况下,研究适合广大农村点多面广、应用时间相对集中的花生干燥设备,具有重要的现实意义。基于投资少、易推广、有效果等原则,本论文设计研制了一种以通风和太阳能或热风辅热的微风辅热干燥装置。该装置包括花生果料仓、空气集热器、烟囱和带微加热功能小风机等。其中,花生果料仓为尺寸为1000 mm×1000 mm×679 mm的立式长方体箱式结构,空气集热器为尺寸为1200 mm×986 mm×220 mm的倾斜15°的长方体结构,烟囱为高2200 mm、直径200 mm的立式圆柱结构,小型风机的常温通风模式和微加热模式的功率分别为40 W和1500 W。在完成装置制作的基础上,分别对10 cm薄层、重40 kg的湿花生荚果进行太阳能辅热和通风干燥性能测试;对50 cm深层、重200 kg的湿花生荚果进行太阳能辅热和通风干燥性能测试;对50 cm深层、重200 kg的湿花生荚果进行微热风干燥性能测试;对55 cm深层、重220 kg的湿花生荚果进行太阳能辅热和通风干燥与微热风干燥结合模式的干燥性能测试。主要结果为:(1)装置设计包括了花生果料仓、空气集热器、烟囱、气流均衡室和小型风机等部分,共附图13张,并进行物料和能量平衡的相关计算。(2)在无物料装载条件下进行空载试验,在晴天和多云天气条件下对干燥装置进行热性能研究。结果表明,分别以黑色橡胶板和黑色绒布为集热器集热材料时,在晴天条件下装置集热出风口最高风温分别为58.9℃和51.2℃,平均热效率分别为66.88%和50.18%,风量分别为145.10 m~3/h和107.39 m~3/h;在多云条件下装置集热出风口最高风温分别为48.5℃和46.4℃,平均热效率分别为46.18%和46.40%,风量分别为127.94m~3/h和115.30 m~3/h。由此可知,在晴天条件下装置生成温度、风量和热效率高于多云天气下,其中,以黑色橡胶板集热时装置的热性能优于黑色绒布。(3)在2020年11月4日至11月8日郑州秋季气温12.6~24.7℃的条件下进行了薄层10 cm濮花9519湿花生荚果干燥试验。结果表明,经过100 h花生水分由43.53%降至9.71%。晴天时集热器的集热效果和热效率较多云天气有所上升,集热器出入口温差随着太阳辐照度的变化而变化。在2020年10月21日至11月2日郑州秋季气温10.4~25.3℃的条件下进行了深层50 cm濮花9519湿花生荚果干燥试验。结果表明,经过晴天、多云与阴天等天气,花生荚果水分含量经300 h由36.28%降至9.83%,与干燥10cm薄层料堆相比,料层厚度越大,干燥时间越长。在晴天情况下集热器的出风口风温与热效率均高于多云情况,夜间通风干燥带出料堆中的湿热空气。得到太阳辐照度与集热器进出口温差的升温公式。在郑州2020年11月15至11月17日进行了风温38.3℃、风量173.53 m~3/h的微热风干燥,经60 h后濮花9519湿花生荚果水分由40.13%降低至9.42%,与太阳能辅热和风机通风结合干燥深层50 cm料堆相比,微热风方式的干燥时间缩短,然而干燥过程中的能耗增加。(4)在2021年10月1日至10月10日郑州秋季气温12.5~32.1℃的情况下对深层55 cm开农308湿花生荚果进行水分含量与霉菌量试验。结果表明,经68 h太阳能辅热和通风干燥与136 h微热风干燥后湿花生荚果水分从44.20%降至8.35%。干燥过程中花生荚果整体霉菌量呈下降趋势,从1020 cfu/g降至440 cfu/g,霉菌生长受到抑制。基于以上微风辅热花生干燥装置性能研究,对湿花生荚果在不同料层厚度下可实现干燥降水和不发生霉变,在不同天气条件下可进行全天候工作,能连续供热,操作简便,对花生品种和水分含量适应性强,可用于缺少烘干设备的广大花生种植农村地区。
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